煤层开采实际发火期的确定与应用

煤层开采实际发火期的确定与应用2011.08.12项目负责人：何启林，彭伟等。汇报的内容煤炭自燃研究的主要内容目前国内外进行煤炭自燃领域内研究内容：一、煤炭自燃的倾向性（A）二、煤层开采发火危险性（评价指标是：煤层开采过程实际发火期）（B）两者关系：A是内因，B是结果。外因：开采技术条件、地质因素与管理因素（包括防灭火措施）。煤炭自燃的倾向性与煤炭自燃发火危险性关系关系：具有煤炭自燃倾向性煤层开采过程中才可能发火；无自燃倾向性煤层开采过程中不会发火；同一煤层不开采方法、不同地质条件、不同管理因素发火期是不一样的。煤炭自燃过程空气充填物理吸附煤化学吸附化学反映Q得热=Q生成-Q散发聚热环境好聚热环境不好目前评价煤炭自燃发火期存在问题煤层最短发火期只是统计意义上最短发火期。原因：无法测定（煤自燃是复杂、动态变化的化学反应氧化动力学过程）目前可能煤层发火时间长短方法：一、实验法1、实验最短发火期2、煤层实验发火期二、理论法（计算）8煤的自燃过程的绝热实验实验仪器从出气口冒出烟煤的自燃过程的绝热实验实验仪器烟煤氧化温度与时间关系煤层开采实际发火期的确定与应用技术路线煤层开采实际发火期的确定原理Q得热=Q生成-Q散发Q生成=f(T)×G×η-Q×C×(t回-t进)分项积分求解发火期值。煤氧化过程中有关参数测定丁集煤矿11-2煤，80目煤样DSC-TG关系曲线煤炭开采实际发火期的确定开采实际发火期的确定22222222222222222222000000lnxyxycccggxyOOOOOxyOxyOOOOOOKQKQxyTTTTTcqTcQQxyxydCdCdCdCdCQQDDVTddxdydxdyCqTdqTCCVTdVTCddabd应用实例丁集煤矿1262（1）工作面概况本次试验工作面1262(1)是丁集首采工作面，该采面是综采工作面，工作面东西长2148m，可采走向长1828m，工作面斜长253m，回采面积462484m2。煤层厚度0.2～3.37m，平均2.6m，运输顺槽标高-890～-850m，轨道顺槽标高-830～-840m，地表标高+22.73～23.38m，煤层倾角0～6°，平均倾角3°，工作面平均深度872.4m。根据鉴定，1262（1）工作面瓦斯相对涌出量为5.68m3/t，11-2煤层为突出煤层，其煤尘具爆炸危险性，属易自燃煤层。同时该区域属地温异常区，根据出水水温推断，该区域平均地温为43～45℃，属二级高温区，并且地压现象明显。1262(1)工作面采空区遗煤氧化相关参数的测定本次现场实验部分分别沿进、回风巷道布置3个测点，将补偿导线按照制作方法在实验室内分别做成200m×2、170m×2、140m×2三种长度规格共计6根补偿导线，束管长度与补偿导线长度一致，本实验所用的补偿导线在安徽理工大学的实验室进行了预标定。1262(1)工作面采空区遗三带宽度测定采空区束管与测温布置示意图1262(1)工作面采空区遗煤氧化相关参数的测定1262(1)工作面采空区遗煤氧化相关参数的测定第一个取样点埋进10m后，开始进行测点，各取样间距20m，最长取样距离200m。在抽气站用高压抽气泵取气样，每2～3天（取气天数由回采速度所决定，由于丁集煤矿的回采速度为5m/d，所以定为2～3天取一次气样）由通风科派专人和实验研究人员一起下井取样和测温，气样送至安徽理工大学实验室进行气相色谱分析。测定理论及结果分析“三带”划分标准：氧浓度指标：散热带，氧气浓度大于18%；氧化带（自燃带）氧气浓度在18～10%之间；窒息带氧气浓度低于10%。采空区内温度指标：通过升温速率判定采空区内漏风风速指标：散热带，漏风风速大于0.24m/min；自燃带，漏风风速在0.1～0.24m/min；窒息带，漏风风速小于0.1m/min的区域。测定理论及结果分析y=180y=1000255075100125150175200225020406080100120140160180深度(m)氧浓度(10-3)图2-17各测点随开采深度的氧浓度变化图丁集矿1262(1)综采面开采11-2煤层，应用上述的模型，调用相应的解算程序，可得实际发火期为49d。由于采空区散热带与氧化带两者宽度为100m，工作面安全最低推进速度低于2.6m/d，必须采取注浆与控制漏风等措施，并要加强上隅角指标气体浓度与趋势的监测工作。另外，工作面回采完支架必须在1个半月内撤完。煤炭开采实际发火期的确定1262(1)工作面采空区温度场数值模拟图2-191262(1)采面采空区遗煤网格划分示意图1262(1)工作面采空区温度场数值模拟图2-22采空区速度矢量图1262(1)工作面采空区温度场数值模拟图2-233天后采空区温度场图2-246天后采空区温度场图2-2514天后采空区温度场图1262(1)工作面采空区温度场数值模拟图2-26采空区温度等值线图2-27采空区X方向速度场结论丁集矿1262（1）工作面在风量Q=45m3/s、回采率为95%、推进速度5.0m/d的情况下，采空区遗煤最高氧化温度分别为：5天后约为41℃，10天后约为46℃，15天后约为51℃，49天后约为59℃；随着回采推进，采空区不断被压实，采空区的最高温度低于60℃，这说明，在上述条件下进行开采该区域的煤炭，采空区遗煤自燃发火的概率很小，回采较为安全。总结1)借助热分析仪器与化学反应动力学理论，研究了煤的低温氧化过程，测定煤低温氧化过程发热量与温度之间关系，提出判定煤炭自燃倾向性方法，并以煤的氧化动力机理函数为核心方程，建立煤炭在实际开采过程中自然发火期计算的数学模型，利用数值解算方法，通过编制可求算出煤层在实际开采条件下的发火期值，建立了煤炭自然发火危险性新的预测方法，为选择安全经济的防灭火措施提供依据；总结2)在国内外权威性期刊《ARCHIVESOFMININGSCIENCE》（波兰）、《Fuel》《煤炭学报》、《中国科技大学学报》、《中国矿业大学学报》、《北京科技大学学报》等刊物上发表相关研究成果，发表论文被SCI检索2篇，EI检索的有16篇，并由煤炭工业出版社出版《煤炭氧化动力学过程研究与应用》专著一本，初步建立了煤氧化动力学理论体系；总结10)目前已在上海大屯能源股份有限公司的4对矿井、淮南矿业集团大部分矿井中与山西汾西10对矿井中得到应用，现处在逐步推广之中。谢谢！